JP2004251979A - ビーム強度変換方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バンドルファイバの各ファイバの位置を変えることなく、簡単に要求するエネルギ強度分布の成形を行なう。
【解決手段】バンドルファイバ２０に入射するビームを、マイクロミラーデバイス４０を用いて予め分割し、所定のファイバに入射する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム強度変換方法及び装置に係り、特に、ガラス基板上のアモルファス層を結晶化するためのレーザアニール装置等のレーザ加工装置で、バンドルファイバを用いてビーム強度を変換する際に用いるのに好適な、バンドルファイバの各ファイバの配置を変えることなく、要求されるエネルギ強度分布の成形を簡単に行なうことが可能なビーム強度変換方法及び装置、レーザ光学系及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術分野】
レーザ加工装置、特にレーザアニール装置においては、できるだけ強度分布が均一なレーザビームを半導体基板等の加工対象物に照射することが望ましい。
【０００３】
そこで、レーザビームの強度分布を均一化するため、特許文献１に記載されているように、ビームホモジナイザと呼ばれる光学系が利用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４４０７８号公報
【特許文献２】
特開平７−３０６３６８号公報
【特許文献３】
特開平５−２６８５５７号公報
【特許文献４】
特開平８−１４６９１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、小さなレンズを多数並べた、フライアイ方式と呼ばれる従来のビームホモジナイザ１０は、例えば図１に示す如く、片面が平面で、もう一方の面に複数の凸部が配列して形成された２枚のアレイレンズ１１、１２で形成されており、複雑な光学設計計算、高額な光学部品、精密な部品製作と組立調整等が必要であるという問題点を有していた。
【０００６】
このような問題点を解決するべく、図２に示す如く、バンドルファイバ２０でビームを分割し、該バンドルファイバ２０の各ファイバを例えばランダムに配置して照射することが考えられる。例えばガウス分布のビームをバンドルファイバへ入射すると、各ファイバに取り込まれた光のみがファイバを伝播する。当然中央部のビームを伝播したファイバはエネルギが強く、端部のビームを伝播したファイバはエネルギが弱い。よって各ファイバの取り回しを強弱強弱・・・とすれば、近接したビーム強度の波は相殺され、均一性の良いビームを作り出すことができる。
【０００７】
しかしながら、バンドルファイバ２０を出射したビーム強度を例えば均一化するために、直径約１００μｍのファイバを数百から数万本、正確に並べ替えるのは容易でないという問題点を有していた。
【０００８】
更に、図３に示す如く、レーザビームをレンズ３０を介して、直接、バンドルファイバ２０に入射した場合、図４に横断面を示す如く、バンドルファイバの結合（溶融）部分２１に入射されたビームは伝達されないという問題点もあった。バンドルファイバの伝達効率は７０〜８０％程度であるため、２０〜３０％は伝達ロスとなる。
【０００９】
なお、特許文献２、特許文献３、特許文献４には、図５に示す如く、コントローラ４４より角度制御可能な微小（マイクロ）ミラー４１が２次元的に多数備えられたデジタルマイクロミラーデバイス４０が記載されているが、いずれも、バンドルファイバとの組合せについては、全く記載されておらず、示唆すらされていなかった。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、バンドルファイバの各ファイバの位置を変えることなく、要求されるエネルギ強度分布の成形を簡単に行なうことを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バンドルファイバを用いてビーム強度を変換する際に、前記バンドルファイバに入射するビームを、マイクロミラーデバイスを用いて予め分割し、所定のファイバに入射するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１２】
又、前記マイクロミラーデバイスの各マイクロミラーの角度を変えることにより、出射ビームの強度分布を変えるようにして、任意の強度分布が迅速且つ容易に得られるようにしたものである。
【００１３】
又、ビーム強度を変換するためのバンドルファイバと、該バンドルファイバに入射するビームを予め分割して、所定のファイバに入射させるためのマイクロミラーデバイスと、を備えたことを特徴とするビーム強度変換装置を提供するものである。
【００１４】
更に、前記マイクロミラーデバイスの各マイクロミラーの角度を変える手段を備えたものである。
【００１５】
本発明は、又、前記のビーム強度変換装置を備えたことを特徴とするレーザ光学系を提供するものである。
【００１６】
又、前記のレーザ光学系を備えたことを特徴とするレーザ加工装置を提供するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、ビームホモジナイザに適用した本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
本発明の第１実施形態は、図６に示す如く、バンドルファイバ２０に入射するビームをマイクロミラーデバイス４０で分割し、各ビームが狙いのファイバへ入射するように、各マイクロミラー４１の角度を調整するようにしたものである。図において、４６は、マイクロミラー４１で反射されたビームの各ファイバへの入射を確実とするための集束レンズである。
【００１９】
このように、デジタルマイクロミラーデバイス４０を使用すれば、各ミラー４１の角度調整を電気信号で行なうため、出射ビームの均一性の調整も簡単に行なえる。又、使用途中での強度分布の変更も迅速且つ容易に行なえる。
【００２０】
以下作用を説明する。図６に示したように、ビームを各ファイバに入射されるように調整されたマイクロミラー４１に照射する。反射したビームは各マイクロミラー４１で分割され、各ファイバへ入射される。マイクロミラー４１の角度を変えることで、ビームを入射するファイバのパスを変更し、出射ビームの強度分布を迅速且つ簡単に変えることができる。
【００２１】
この際、ビームを分けて各々のファイバに入射するので、図３、図４に示した如く、ビームを直接バンドルファイバに入射する場合のような伝達ロスも無い。
【００２２】
本実施形態では、集束レンズ４６を用いているので、マイクロミラーデバイス４０で反射されたビームを、対応する各ファイバに確実に入射できる。なお、図７に示す第２実施形態のように、集束レンズ４６をデジタルマイクロミラーデバイス４０の入側に配設したり、ファイバのサイズが大きい場合や、何本かにまとめて入射する場合は、集束レンズ４６を省略することもできる。
【００２３】
前記実施形態においては、出口側の強度分布が均一となるようにしていたが、ファイバへの入射位置を変更する方法はこれに限定されず、出口側で必要な強度分布に応じてマイクロミラー４１の角度を制御して、任意のファイバに入射することが可能である。
【００２４】
又、前記実施形態において、本発明が、レーザアニール装置のビームホモジナイザに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、他のレーザ加工装置のビーム強度制御器にも同様に適用できることは明らかである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロミラーデバイスの各マイクロミラーの角度を調整するだけで、任意のエネルギ強度分布を得ることができ、特にエネルギ強度分布を均一化したい場合に有効である。この際、各ファイバの取り回しを変えることなく、各ミラー角度の変更で、迅速に且つ簡単、自在にエネルギ強度分布を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のフライアイ方式のビームホモジナイザの一例の基本的な構成を示す斜視図
【図２】本発明の比較例の構成を示す斜視図
【図３】レーザビームを直接バンドルファイバに入射する場合の問題点を説明するための断面図
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う横断面図
【図５】本発明で用いたマイクロミラーデバイスの構成を示す斜視図
【図６】本発明の第１実施形態の構成を示す断面図
【図７】本発明の第２実施形態の要部構成を示す断面図
【符号の説明】
２０…バンドルファイバ
４０…マイクロミラーデバイス
４１…マイクロミラー
４４…コントローラ
４６…集束レンズ

Claims (6)

1. バンドルファイバを用いてビーム強度を変換する際に、
   前記バンドルファイバに入射するビームを、マイクロミラーデバイスを用いて予め分割し、所定のファイバに入射することを特徴とするビーム強度変換方法。
2. 請求項１において、前記マイクロミラーデバイスの各マイクロミラーの角度を変えることにより、出射ビームの強度分布を変えることを特徴とするビーム強度変換方法。
3. ビーム強度を変換するためのバンドルファイバと、
   該バンドルファイバに入射するビームを予め分割して、所定のファイバに入射させるためのマイクロミラーデバイスと、
   を備えたことを特徴とするビーム強度変換装置。
4. 請求項３において、更に、前記マイクロミラーデバイスの各マイクロミラーの角度を変える手段を備えたことを特徴とするビーム強度変換装置。
5. 請求項３又は４に記載のビーム強度変換装置を備えたことを特徴とするレーザ光学系。
6. 請求項５に記載のレーザ光学系を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。

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